无人机电池管理系统及方法与流程

本发明涉及到一种电池管理系统及方法，特别是涉及到无人机电池管理系统及方法。

背景技术：

目前，无人机市场是新型产业，很多中大型企业都在开发研究无人机市场，而作为提供能量的电池是其不可缺少一部分，然市场上电池许多都是简单供电及保护功能，缺乏智能功能，这就导致无人机无法充分了解电池状态，往往会给操作者带来麻烦(电池剩余能量不足以提供无人机返航从而出现坠机等)。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种无人机电池管理系统及方法，可以实时检测电池电量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无人机电池管理系统，其特征在于：包括电源子系统、控制子系统；所述电源子系统包括：用于提供电源的电芯组合、电量计；所述控制子系统包括单片机和主回路MOS；所述电量计电性连接所述主回路MOS、所述电芯组合、所述单片机；所述单片机判断电芯组合发给电量计的电压信号处于预设安全范围内时，控制电量计开启主回路MOS。

进一步地，所述电池子系统还包括LDO稳压电路；所述控制子系统还包括LED显示灯；所述单片机和所述LED显示灯均通过所述LDO稳压电路和所述电芯组合电性连接；

进一步地，还包括通讯子系统，所述通讯子系统包括用于和控制无人机交互的无人机通讯模块和内部交互的电脑I2C/SMB通讯模块；所述电脑I2C/SMB通讯模块分别和所述电量计、所述单片机通信连接；所述无人机通讯模块和所述单片机通信连接；所述控制子系统还包括：激活电路、按键，所述单片机分别和所述激活电路、所述按键通信连接。

一种无人机电池管理方法，所述无人机设置有包括电源子系统、控制子系统；所述电源子系统包括：用于提供电源的电芯组合、电量计；所述控制子系统包括单片机和主回路MOS；所述管理方法包括步骤：

所述单片机接收电芯组合发给电量计的电压信号；

判断电压是否在预设安全电压值范围内；

当电压处于预设安全电压值范围内时，控制电量计开启主回路MOS。

进一步地，所述单片机接收电芯组合发给电量计的电压信号的步骤之前包括步骤：

单片机接收所述电芯组合通过LDO稳压电路降压后的低电压。

进一步地，所述当电压处于预设安全电压值范围内时，控制电量计开启主回路MOS的步骤之后包括步骤：

单片机根据预设值控制用于显示电芯组合电量的LED显示灯的显示状态；

单片机将电芯组合电量信息发送给无人机通讯模块。

进一步地，所述当电压处于预设安全电压值范围内时，控制电量计开启主回路MOS的步骤包括：

单片机接收到按键的启动信号后，检测到温度无异常后，控制电量计接收电芯组合的电压后传输至主回路MOS。

进一步地，所述判断电压是否在预设安全电压值范围内步骤之后还包括步骤：

单片机判断电芯组合发给电量计的电压信号值未处于所述安全电压值范围内，则控制电量计断开所述主回路MOS，同时将电压信号值不在所述安全电压值范围内的信号传送至所述无人机通讯模块。

进一步地，所述当电压处于预设安全电压值范围内时，控制电量计开启主回路MOS的步骤之后还包括步骤：

单片机在固定时间内空载运行后，控制电量计断开主回路MOS。

进一步地，所述单片机接收所述电芯组合通过LDO稳压电路降压后的低电压的步骤之前还包括步骤：

单片机接收电脑I2C/SMB通讯模块输入的所述预设值信息、所述安全电压值范围信息、所述固定时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用电量计可以更加准确计算电池容量状态，避免电压压降带来干扰；采用LDO电路可以确保单片机工作电压稳定；采用单片机可以实现一个统一的管理系统：根据电池所处外部条件执行电池相应的任务，随时监督电池状态，并把电池状态发送给无人机，当电池的电量快用完时，可以及时发出警示信息。

附图说明

图1为本发明一实施例的无人机电池管理系统结构示意图；

图2为本发明一实施例的无人机电池管理方法步骤示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，提出本发明一实施例的一种无人机电池管理系统，包括电源子系统、控制子系统；上述电源子系统包括：用于提供电源的电芯组合3、电量计6；所述控制子系统包括单片机1和主回路MOS2；上述电量计6电性连接所述主回路MOS2、上述电芯组合3、上述单片机1；上述单片机1判断电芯组合3发给电量计6的电压信号处于预设安全电压值范围内时，控制电量计6开启主回路MOS2。

本实施例中，电源子系统是用于提供整个电池管理系统及终端所需要用到的电源，控制子系统是用于管控电源子系统的执行端。上述电芯组合3是由多个电芯串联而成，通过多个电芯串联而成的电芯组合，可以增加电源子系统的电池容量，也可以根据实际终端设备的大小增减电芯灵活控制终端设备的重量。电量计6是用于测量电路中所通过电量的装置。控制子系统包括单片机1，采用单片机1可以实现一个统一的管理系统：根据电池所处外部条件执行电池相应的任务，随时监督电池状态，并把电池状态发送给无人机，及时报警以及保护电池等各种功能。主回路MOS2是用于控制无人机飞行的电路。通过单片机1来控制电量计6可以更加准确计算电池容量状态，避免电压压降带来干扰，同时实现高精度(电流、电压)电压、电流管控。

本实施例中，上述电池子系统还包括LDO稳压电路4；上述控制子系统还包括LED显示灯5；上述单片机1和上述LED显示灯5均通过所述LDO稳压电路4和上述电芯组合3电性连接。

本实施例中，LDO稳压电路4是一种线性稳压器，使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。通过LDO稳压电路4的电压供给所需电压值小的单片机1和LED显示灯5，确保单片机1和LED显示灯5的工作电压的稳定。LED显示灯5是用于显示电池电量的状态，可以是一个，也可以是多个。可以通过显示数量的多少的表示电量的状态，也可以通过显示不同的颜色来表示不同的电量，也可以通过不同的闪烁频率来表示不同的电量，也可以是其他的表示方式。

本实施例中，还包括通讯子系统，上述通讯子系统包括用于和控制无人机交互的无人机通讯模块8和内部交互的电脑I2C/SMB通讯模块9；上述电脑I2C/SMB通讯模块9分别和上述电量计6、上述单片机1通信连接；上述无人机通讯模块8和上述单片机1通信连接；上述控制子系统还包括：激活电路10、按键7，上述单片机1分别和上述激活电路10、上述按键7通信连接。

本实施例中，无人机通讯模块8是用于操作者控制无人机的，操作者手持无人机通讯模块8，发出指令给单片机1，单片机1将该指令通过电量计6传给主回路MOS2而控制无人机飞行。电脑I2C/SMB通讯模块9是用于设置单片机1控制系统时所涉及到的数值，包括电芯组合3电压值低于设置值时则发出报警、LDO稳压电路4转换成的低压设置值、LED显示灯5的显示状态表示电量多少的关系。当无人机长时间不操作时，单片机1会控制电量计6断开主回路MOS2，避免消耗电。若需要再开启，则按下上述按键7，单片机1接收到按键信号时，将信号传递给激活电路10，激活电路10则激活电量计6，单片机1则控制电量计6启动主回路MOS2。上述的通信联接采用电性联接，因为该系统可以设置在一个封闭腔体内，使用电性连接信号稳定；若用无线连接则还要多无线模块，增加成本和体积。

参照图1-2，提出本发明一实施例的一种无人机电池管理方法，所述无人机设置有包括电源子系统、控制子系统；所述电源子系统包括：用于提供电源的电芯组合3、电量计6；所述控制子系统包括单片机1和主回路MOS2；所述管理方法包括步骤：

S3、单片机1接收电芯组合3发给电量计6的电压信号；

S4、判断电压是否在预设安全电压值范围内；

S5、当电压处于预设安全电压值范围内时，控制电量计6开启主回路MOS2。

本实施例中，电芯组合3是由多个电芯串联而成，通过多个电芯串联而成的电芯组合，可以增加电源子系统的电池容量，也可以根据实际终端设备的大小增减电芯灵活控制终端设备的重量。电量计6用于测量电路中所通过电量的装置。主回路MOS2是用于控制无人机飞行的电路。通过单片机1来控制电量计6可以更加准确计算电池容量状态，避免电压压降带来干扰，同时实现高精度(电流、电压)电压、电流管控。通过单片机1来控制电芯组合3的工作，可以通过预设值起到智能控制电芯组合的工作状态。例如预设电芯组合3电量低于10％时则停止工作，则单片机1监控电芯组合3的电量，当达到预设的10％，自动发出预警信号，提示操作者做出相应的反馈，避免操作者忽视而造成最后电量用尽时无人机从空中掉下来造成损失或伤害。

本实施例中，上述单片机1接收电芯组合3发给电量计6的电压信号的步骤S3之前包括步骤：

S2、单片机1接收上述电芯组合3通过LDO稳压电路4降压后的低电压。

本实施例中，LDO稳压电路4是一种线性稳压器，使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。通过LDO稳压电路4的电压供给所需电压值小的单片机1，确保单片机1的工作电压的稳定。

本实施例中，上述当电压处于预设安全电压值范围内时，控制电量计6开启主回路MOS2的步骤S5之后包括步骤：

S8、单片机1根据预设值控制用于显示电芯组合3电量的LED显示灯5的显示状态；

S9、单片机1将电芯组合3电量信息发送给无人机通讯模块8。

本实施例中，LED显示灯5是用于显示电池电量的状态，可以是一个，也可以是多个。可以通过显示数量的多少的表示电量的状态，也可以通过显示不同的颜色来表示不同的电量，也可以通过不同的闪烁频率来表示不同的电量，也可以是其他的表示方式。预设值是单片机1在主回路MOS2在运行之前就已经接收了LED显示灯5的显示状态设置信息。所述LED显示灯5的电源是来自所述电芯组合3通过所述LDO稳压电路4降压后的低电压提供。通过LDO稳压电路4的电压供给所需电压值小LED显示灯5，确保LED显示灯5的工作电压的稳定。

本实施例中，上述当电压处于预设安全电压值范围内时，控制电量计6开启主回路MOS2的步骤S5包括：

单片机1接收到按键7的启动信号后，检测到温度无异常后，控制电量计6接收电芯组合3的电压后传输至主回路MOS2。

本实施例中，单片机1在确定电芯组合3放电前必须确定电芯组合3有充足的电量，电池电量不足还继续工作，会缩短电池寿命，同时也会存在电池续航能力不足带来的一些安全隐患。而且在工作过程中单片机1也会实时监控电芯组合3的电量。确定电芯组合3的电量在安全值范围内后，还要检测温度是否异常，过高的温度或过低的温度都对电池的使用有一定的负面影响。

本实施例中，所述判断电压是否在预设安全电压值范围内步骤S4之后还包括步骤：

S6、单片机1判断电芯组合3发给电量计6的电压信号值未处于所述安全电压值范围内，则控制电量计6断开所述主回路MOS2，同时将电压信号值不在所述安全电压值范围内的信号传送至所述无人机通讯模块8。

本实施例中，单片机1判断电芯的电量不在安全电压值范围内时，则断开主回路MOS2，防止无人机继续运动消耗电量最后没有充足的电量安全返航。同时将警告信息发送给操作者，操作者意识到后控制无人机安全返航。

本实施例中，上述当电压处于预设安全电压值范围内时，控制电量计开启主回路MOS2的步骤S5之后还包括步骤：

S7、单片机1在固定时间内空载运行后，控制电量计6断开主回路MOS2。

本实施例中，当无人机长时间不运行时，即单片机1没有接收到任何信号，则控制电量计6断开主回路MOS2，可以节省电量，保护电池。

本实施例中，上述单片机1接收所述电芯组合通过LDO稳压电路4降压后的低电压的步骤S2之前还包括步骤：

S1、单片机1接收电脑I2C/SMB通讯模块9输入的所述预设值信息、所述预设安全电压值范围信息、所述固定时间。

本实施例中，安全电压值范围也可以根据不同的无人机来设置，现市面有无人机的种类繁多，包括摄像无人机、农业无人机、气象无人机等，各无人机重量不一、电池不一，所设的安全值范围也不是固定的。通过I2C/SMB通讯模块9的灵活设置，根据不同的需求设置不同的安全电压值范围，可以适用各种不同无人机，适用范围非常广。通过电脑I2C/SMB通讯模块9是用于设置单片机1控制系统时所涉及到的数值，包括电芯电压值低于设置值时则发出报警、LDO稳压电路4转换成的低压设置值、LED显示灯5根据电芯的电量值输出设置结果。

在一具体实施例中，电脑I2C/SMB通讯模块9设置安全电压值范围是10％-100％，设置无人机空载半小时后则自动断开，设置LED显示灯5随着电量的下降增加闪烁频率，设置好了后将设置信息传递给单片机1。然后电芯组合3通过LDO稳压电路4降压后给单片机1和LED显示灯5供电。按下按键7，单片机1开始工作，电芯组合3将电压信号传递给电量计6，单片机1接收电压信号后，判断出电压信号在安全电压值范围，检测温度没有异常，则控制电量计6开启主回路MOS2，无人机通讯模块8将操作信息发送给单片机1，单片机1控制无人机的飞行状态。单片机1根据电量情况控制LED显示灯5的闪烁频率。当单片机1半小时后没有接收到任何信息时，控制无人机返航后断开主回路MOS2。当电量低于10％时，单片机1控制电量计6断开主回路MOS2，同时将电量低的信号传递给无人机通讯模块8，操作者控制无人机安全返航。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。